山西静乐井水位对尼泊尔地震(2015年4月25日,Mw 7.8)记录到非常明显的同震响应。顺利获得井水位,我们可以清晰地识别P,S与面波。然后安装于350米处的温度传感器却未记录到同震响应。顺利获得不同时间段的水震波频谱分析得出,井水位水震波频率与幅度取决于井孔固有频率,而与输入量(地震波)无关。井—含水层系统对地面振动有着机械放大功能。结合区域水文地质结构,用“地下水库”模型可较好的解释,为什么井水位大幅度振荡的同时,而水温可保持不变。地震的到来,导致相对密封的含水层周期性的“压缩与膨胀”,从而导致井孔——含水层间水的交替运行,直接表现为井水位的振荡。然而在水库中间井水振荡幅度却非常小,几乎不会导致温度的变化。另外,静乐井井水位在震前还发现比较有趣的前驱波。
图1显示了水震波与地震波的时间关系,可以看出,两者之间在时间上存在完全同步的现象,这说明井—含水层系统是一非延时系统,对输入的振动会立即体现在水位振荡过程中。
图1. 地震波 (上) 与水震波 (下) 的对比
图2. 水震波的频谱分析
顺利获得不同时间段的水震波频谱分析可见,无论地震波频谱如何,其水震波的周期都在12S左右(图2),当输入地震波频率与井孔固有频率接近时,其幅度越大。
相关研究成果的主要完成人为何案华、范雪芳、赵刚、刘阳、Ramesh P. Singh、胡玉良等,发表于《Tectonophysics》杂志。
He, A., Fan, X., Zhao, G., Liu, Y., Singh, R. P., & Hu, Y. (2017). Co-seismic response of water level in the Jingle well (China) associated with the Gorkha Nepal (Mw 7.8) earthquake. Tectonophysics, 714, 82-89. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040195116303535